Arduino开发实战指南：智能家居卷.pdf
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前言
智能家居，又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。通俗来说，智能家居是将灯光、家电、家庭影院、燃气预警、远程控制、电动窗帘、安防设备、背景音乐等连接成
一个网络——物联网，通过一台智能家居主机（控制管理系统）进行统一管理，实现家居设备的自动化和智能化控制，给使用者带来最大程度的高效、便捷、舒适与安全的体
验。
使用者可通过语音、短信、手机或平板电脑触摸屏、无线遥控器、上网设备等在家里或通过网络远程控制家用设备。我们想象一下，在回家的路上，你可以提前用手机打开
家中的空调和热水器；晚上走进自己家的门厅时，对着门厅直接说“开灯”，门厅的灯就亮了；开门时，安卓密码锁功能开启，系统会自动打开电子门锁，安防撤防；坐在沙发
上用手机遥控自己家的电视、空调；睡觉前在床上就可以用手机关闭所有房间的灯光。这一切是多么惬意啊！
出门在外，如果突然想起家里的水壶还在炉台上加热，我们可以通过网络远程、短信等关闭燃气阀门；也可以在接到家中安防告警的短信或家中患病的老人通过手机发来的
SOS短信时，在网上通过摄像头观察家中的情况。
我们还可以进一步设定和执行各种复杂的场景操作，假如使用安卓手机设计了一个“家庭影院”场景，当按下“家庭影院”场景按钮时，智能家居系统将自动执行事先设定
好的多个动作：关闭窗帘、关闭吊灯、打开背景灯、打开电视并切换到高清输入模式、打开DVD、打开功放等，以前需要执行多个动作，现在只需按一个键就可以全部完成了。
正如比尔·盖茨在《未来之路》中曾经说过的那样：“在不远的未来，没有智能家居系统的住宅会像今天不能上网的住宅那样不合潮流。”
很多人或许觉得智能生活离我们还很远，只是个传说中的东西，只闻其名不见其形。其实智能家居系统早已在高端住宅或别墅中实现了，只是没有普及到大众家中，究其原
因，首先是目前主流的智能家居厂家如美国Control4（华歌）、霍尼韦尔、索博、波创、科力屋等，一套系统动辄几万、几十万，甚至上百万，这不是一般家庭能够消费得起的。
其次，市场上许多智能家居产品的功能多为噱头，实用性不强，价格偏高，与我们的实际需求相距甚远。比如，某品牌的智能马桶，价格在万元以上，拥有诸多功能，如自
动冲洗、洁身、坐圈加热、暖风烘干、除菌消毒以及夜间照明等，但其中很多功能对于一般家庭来说中看不中用。其实智能家居系统对使用者来说实用和舒适最重要。
能不能我们自己动手做一套简单易用的智能家居系统呢？答案是肯定的。作为一名业余电子爱好者，我很早就考虑自己动手设计一套符合自己需求的智能家居系统，只是一
直没有找到合适的平台。2014年年初接触到Arduino互动电子技术后，其系统软硬件的开源性、丰富的扩展性给我很大启发，于是决定利用Arduino电子积木搭建心中的系统，从开
始的点滴尝试到最终完成虽经历了很多曲折，却让我学到了更多的知识。对有兴趣动手做电子产品的业余电子爱好者说，其实做一个产品并不难，难的是恒心和毅力。
大家或许觉得智能家居系统涉及计算机技术、网络通信技术、传感器技术、互联网技术，这么多技术都要学习一定很难。我要对大家说，零基础的读者也可以完成本书所涉
及的内容。利用Arduino开源代码，可以完全不需要了解硬件、内部结构和寄存器设置的特点，仅仅知道它的端口作用即可；即使完全不懂硬件知识，只要会简单的C语言，就可
以按照书中一步一步的指导完成整个系统的搭建。
手机上的Android程序编写工作也许会让大家头痛，为此，在本书中，我向大家介绍一款图形化的编程软件App Inventor。它根本不需要你具备任何编程知识，只要像搭积木一
样将预先存放好的组件拖到你想要的位置，即可完成一个复杂的Android程序。
本书前6章介绍了8个手机Android程序和Arduino单片机利用蓝牙之间相互通信控制的实验制作过程，一个用语音控制Arduino遥控器实验和一个室内温湿度用语音合成器播报实
验。第7章介绍了3个物联网平台功能和借助平台通过网页接收数据并控制设备的方法，以及如何实现微博发布和微信互动。最后一章介绍了如何自己动手搭建一个微信智能家居
平台。这一章里涉及PHP语言和MySQL数据库知识。大家只要根据注释部分修改自己的信息，复制其他部分就可以实现微信平台的搭建。
如果大家在实验过程中觉得制作过程比较繁琐，也可以直接到附录B指定的网站下载我已经编写好的程序和源代码。实验中所需要的素材、库函数、App Inventor离线数据
包、Arduino编译软件等书中所提到的所有需要从网上下载的程序和资料也都保存在附录B指定的网站上，供大家下载和相互学习。
这本书能够出版，首先感谢机械工业出版社华章公司能够给我这么一个机会，还要特别感谢华章公司的编辑们，没有他们的辛苦工作，这本书不可能与广大读者见面。
我还要感谢张国强和程晨两位老师对本书提供的帮助和指导，他们提供了大量信息和资料。这里还要向大家推荐两本书：《Arduino开发实战指南》（程晨编著）、《C++程
序设计》（谭浩强编著）。如果大家对我的作品感兴趣，就一起动手吧！
由于时间非常仓促，作者水平有限，书中难免存在错误，恳请广大读者批评指正！
赵志
第1章 蓝牙灯
你有没有想象过用手中的智能手机来控制家中的照明灯呢？现在，我们要将这个“天方夜谭”的想法变成现实。首先，要为家中的电灯安装一个蓝牙——继电器控制模块，
然后在Android智能手机上安装你亲手编写的蓝牙控制程序。这样，不用拨动墙壁开关，一个用手机控制电灯亮灭的蓝牙灯就真正来到了我们的身边。也许你会说，这些工作一
定非常难吧！我告诉你，只要通过简单的C语言编程，就可以跟着我一步一步完成蓝牙灯的制作。
当晚上你回家摸不到墙壁上电灯开关时；当天冷了，睡觉前不想起床关灯时；当出门前想关闭所有房间电灯时；拿起你身边的手机，轻轻一按就全部轻松搞定！一切就这么
简单，让我们一起动手吧！
开始前，先介绍一下蓝牙灯制作需要准备的硬件。
1.1 Arduino简介
Arduino是一个基于开放源代码的软硬体平台。它的硬件具有丰富的接口，有数字I/O口、模拟I/O口，同时支持SPI、IIC、UART串口通信，能通过各种传感器来感知环境，
并通过控制灯光、马达和其他装置来反馈和影响环境。
Arduino编程语言没有复杂的单片机底层代码，没有难懂的汇编程序，只有简单而实用的函数。直接调用它们就可以完成你需要的功能，而且简便的编程环境（Arduino
IDE）拥有极大的自由度，可拓展性能非常高。标准化的接口模式、丰富的开放源代码，使你可以轻松地完成复杂命令的编程工作。
1.2 蓝牙灯的制作
由于灯泡属于大电流和高电压设备，无法直接用Arduino主控板的数字口进行驱动，所以选用继电器控制电灯的开和关，手机和Arduino主控板之间通过蓝牙传送控制命令数
值。
1.3 App Inventor基础
对于一个没有软件编程基础的人来说，编写一个Android手机的控制程序是非常困难的。不但要学习Java知识，还要学习Android SDK知识。不过现在你不用再为此担
心，Google公司专门开发了一款图形化手机编程软件——App Inventor。这款编程软件的使用不需要具备一定专业知识，甚至根本不需要掌握任何的程序编制知识。因为这款
软件已经事先将软件代码编写完毕，用户只需根据自己的需求，使用基本组件，例如按钮、文字输入输出等模块，就可以像搭积木一样完成复杂代码程序的拼装。
App Inventor真正让你抛开复杂程序编写的烦恼，它为没有编程基础但是富有创意精神的爱好者提供一个很好的开发平台。
1.4 制作一个App
1.4.1 新建一个项目
进入App Inventor开发环境的Designer界面后，在Designer界面的左上方，选择Project→My Projects，进入如图1.18所示项目界面。在项目页面的左上方，选择New
Project，新建一个项目，并命名为Lightcontrol。
图1.18 项目界面
第2章 蓝牙锁和LED灯光调节
最近在众筹网站（Kickstarter）上比较火的是一款名为Noke的智能蓝牙锁。Noke是一款由FUZ Designs开发的蓝牙智能挂锁，可以通过手机解锁而无需钥匙。其实我们也
可以根据上一章知识，自己动手制作一把蓝牙锁。
2.1 蓝牙锁
2.1.1 电子锁
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